交流励磁变速恒频风电系统研究

随着风力机组单机容量的不断增大，提高发电效率已是风力发电研究的重要内容。采用变桨距风力机实现最大风能捕获和利用的变速恒频发电已成为当前风电技术的研究热点。本文采用交流励磁双馈发电机的技术方案，从仿真到试验、从理论到实践全面介绍了双馈发电机交流励磁变速恒频风电系统中的关键技术。 论文首先分析了风机运行特性及其最佳风能利用原理，通过仿真及实验验证了采用直流电机的输出特性模拟风力机的最大输出功率曲线的可行性，并给出了模拟系统的硬件结构；然后为了实现交流励磁发电机有功、无功功率独立调节机理，分析了交流励磁双馈发电机的数学模型和在追踪最大风能捕获变速恒频风力发电时必需的定子磁链定向矢量控制策略；针对双馈发电机转子能量双向流动的要求，提出并设计了具有能量双向流动能力的双PWM交流励磁用变频器；最后为实现从理论到实践的全面研究，研制出了一套小功率完整的双PWM变频器交流励磁的双馈风力发电机实验系统，进行了空载、并网、同步速及上、下的发电运行等一系列的运行实验；所完成的仿真和实验研究均验证了理论、模型和控制策略的正确性、可行性。